專利名稱：碳化鉻復合陶瓷塊規(guī)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種復合陶瓷塊規(guī)，特別是關于一種碳化鉻復合陶瓷塊規(guī)。
標準塊規(guī)已廣泛地應用在工業(yè)及學術界，作為長度量測的標準。同在產業(yè)界所使用的標準塊規(guī)多以高碳合金所制作，少數(shù)則以陶瓷材料制成(美國專利5,272,120，日本專利63188701)。在以金屬為材質的塊規(guī)方面，現(xiàn)有的合金塊規(guī)表面容易氧化并極易刮傷。因此使用此類塊規(guī)必須非常小心，以防刮傷；也不可留下指紋以免產生銹斑。這種塊規(guī)儲存時必須上油，再次使用時必須經(jīng)過數(shù)道的除油程序，以避免油膜厚度造成量度誤差。然而除油時，由于油膜表面所附著的大氣灰塵粒子，容易造成塊規(guī)表面的刮傷，進而影響到量器精度。因此使用此類金屬質塊規(guī)極為不便。
在以陶瓷為材質(氧化鋯、氧化鋁、碳化硅或氮化硅)的塊規(guī)方面，雖然較金屬材料具有高強度、硬度、不易氧化等優(yōu)異的特性，然而由于其反光度不足(請參見表一)，因此無法以現(xiàn)有的光干涉技術作長度量測與校正。造成陶瓷塊規(guī)在加工制作與校正上的困擾。
另外，也有人利用在碳化物(如碳化鉻或碳化鎢)材料中，添加入金屬粘結劑(如鈷、鎳或鉻)來制作陶瓷塊規(guī)產品。雖然碳化鉻材料具有高感光度，但是由于金屬粘結劑的添加，造成材料的硬度值下降，抗氧化性及抗腐蝕皆為之劣化，進而減短產品的使用壽命。因此也不是一種有利的解決方式。因此目前業(yè)界亟需一種新穎的塊規(guī)，該塊規(guī)兼具陶瓷材質塊規(guī)高硬度，高抗腐蝕，不易氧化以及金屬材質塊規(guī)適合應用于光干涉技術的優(yōu)點。
本發(fā)明的目的主是要提供一種新穎的陶瓷塊規(guī)，以提供一種兼具陶瓷塊規(guī)高硬度、高抗腐蝕，不易氧化等優(yōu)點，及金屬塊規(guī)適合光干涉技術應用的優(yōu)點的塊規(guī)。
本發(fā)明的目的也在于提供一新穎的陶瓷基復合材料塊規(guī)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種陶瓷基復合材料塊規(guī)的制作方法。
本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)乃利用不含金屬添加劑的碳化鉻(Cr3C2)基體，加入碳化鎢(WC)強化相，經(jīng)熱壓法燒結而制成原材，再經(jīng)切割及研磨而形成塊規(guī)。經(jīng)本發(fā)明的方法所制成的復合陶瓷塊規(guī)，具有的特性包括高抗腐蝕性；高硬度；優(yōu)異的材質強度與韌性；近于鋼質材料(特別是不銹鋼材)的熱膨脹系數(shù)，因此溫度變化所引起量器與被測物的相對誤差較??；及優(yōu)異的反射率及表面光澤度。因此現(xiàn)有的光干涉量測工具，可以用來校正本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)。這是一般市售的陶瓷塊規(guī)所無法達到的效果。
本發(fā)明提供一種碳化鎢(WC)與碳化鉻(Cr3C2)的組合物，包含碳化鉻基材及0％-35％體積百分比的碳化鎢，優(yōu)選其中碳化鎢的體積百分比為5-30之間。
本發(fā)明還提供一種復合陶瓷塊規(guī)的制法，包括在碳化鉻基材粉體中加入體積百分比0-35的碳化鎢粉末并子充分混合；在所得的粉體中加入離子水，并子混合成為均質的漿料；
將所得的漿料去水干燥，加壓成型；將成型的固態(tài)組合物作熱壓處理，使之燒結；及將所得的組合物研磨至所需的尺寸。
其中，碳化鎢的起始體積百分比為5-30；碳化鉻(Cr3C2)基材的起始粉體的粒徑在0.3-10.0μm間；而碳化鎢(WC)強化相的起始粉體的粒徑則在0.1-15.0μm間。
本發(fā)明進一步提供一種復合陶瓷基塊規(guī)，其中包含碳化鉻基材及體積百分比為0-35的碳化鎢強化相。優(yōu)選其中碳化鎢強化相的增加量為5-30體積百分比。
上述及其他本發(fā)明的優(yōu)點及目的，可經(jīng)由以下說明并參照下列圖式，而更形清楚附圖的簡單說明如下

圖1是表示本發(fā)明碳化鉻復合陶瓷塊規(guī)的制作流程圖。
表一是各現(xiàn)有塊規(guī)材料表面反光度測試值。
表二是顯示經(jīng)由本發(fā)明的方法制成的復合陶瓷塊規(guī)特性測試結果。
本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)的詳細制作流程如圖1所示。
首先在101制備預訂比例的粉體0-30Vo1％的碳化鎢粉體，在102制備碳化鉻粉體，而在103將二者混合。兩者起始粉體的粒徑約在0.2-10μm之間，其平均粒徑分別為0.2及1.5μm。
接著在104將粉體置入去離子水內，經(jīng)24小時混合處理后，于105將鑄型所得的均質漿料再予以去水干燥，過篩及加壓成型，并于106將鑄型放入石墨模中，以熱壓方式利用1400℃至1700℃的高溫燒結。燒結時所使用的壓力在0-50MPa之間，而保持時間在30分至4小時，燒結氣氛采用還原氣氛(氬氣或氮氣)或真空。燒結后試片于107經(jīng)600號石磨輪加工制成略大于預訂尺寸的長方體，最后再在108經(jīng)由多道的精密研磨而達成預訂的平面度與尺寸。
由上述方式制成的復合陶瓷塊規(guī)基體內含有均質的碳化鎢與碳化鉻混合相。其材質非常致密且不須用任何金屬質的燒結助劑。因此，本發(fā)明的碳化鎢/碳化鉻復合陶瓷塊規(guī)成品，不但保證具有碳化鉻材料所具有的優(yōu)異特性，諸如光澤及抗腐蝕等特點，其抗折強度與韌度也較純碳化鉻原材增強了許多。同時硬度也明顯的上升。
表2顯示經(jīng)由本發(fā)明的方法所制成的復合陶瓷塊規(guī)特性測試結果。如表所示，本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)確具有優(yōu)異的特性。
雖然不需為任何理論所拘束，但本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)具有提高的硬度值，顯是基于高楊氏系數(shù)(Yong’s modulus)的碳化鎢添加相所導致(碳化鎢的楊氏系數(shù)為710GPa，而碳化鉻的楊氏系數(shù)約385GPa)。
此外，強度與韌度的增加是由于碳化鎢與碳化鉻的熱膨脹系數(shù)差異(碳化鎢6.9×10-6/℃而碳化鉻約11.2×10-6/℃)。這種熱膨脹系數(shù)的差異源于材料燒結致密后的冷卻過程中，造成碳化鎢/碳化鉻介面產生殘余應力。這種殘余應力造成基材的破壞方式從單質碳化鉻的沿晶破壞，變成復合材料的穿晶破壞模式。這種模式轉變促使材料的強度顯著提高。
至于本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)之所以具有較高的韌度，主要原因在于碳化鎢添加相造成的裂痕轉折及橋架的韌化機構所導致。而本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)，其熱膨脹系數(shù)由11.2×10-6/℃，降至9.5×10-6/℃(20Vol1％的碳化鎢添加物)。由于一般鋼質待測物的熱膨脹系數(shù)約在10×10-6/℃左右。因此使用本發(fā)明的塊規(guī)量測一般鋼質待測物時，可以減少因溫度偏移所造成的量測誤差。
本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)，其表面光澤性及光反射率均較現(xiàn)有的市售陶瓷塊規(guī)(如碳化硅、氮化硅、氧化鋯圾氧化鋁) 高出甚多。近乎于一般市售的鋼質塊規(guī)材料(如表一中試片14所示)。以完全致密的單體碳化鉻材料為例(如表1試片9)，在45度及90度的反射率平均值分別是47.7％及55％。如加入20Vo1％的碳化鎢顆粒于碳化鉻基材(如表1中試片7)，不但其機械獲得顯著提升，而且仍能保持優(yōu)異的反射率特性。在45度及90度的反射率平均值分別是43.7％及51％。此值較之一般常用的陶瓷塊規(guī)材料(如氧化鋁2.4％、氧化鋯6.4％、氮化硅4.1％及碳化硅9.3％等的反射率超越甚多。因此，本發(fā)明的復合陶瓷塊規(guī)適合以現(xiàn)有的光干涉法技術校正其尺寸誤差。這是一般市售陶瓷質塊規(guī)所無法達到的。實施例1-9按表一和表二所示制備塊規(guī)，其測試結果也列于表一和表二中。
以上是有關于本發(fā)明碳化鉻復合陶瓷塊規(guī)的說明。本領域的技術人員不難由以上的說明了解本發(fā)明的精神，并據(jù)以作出不同的變化與引伸。唯若不超出本發(fā)明的精神，均在其權利要求的范圍之內。表一試片號 燒結 碳化鎢 燒結45° 90°溫度 含 量 時間 反射率 反射率(℃) Vol.％ (Hrs.) (％)(％)11400 14 1 38.337.721400 14 2 38.3 4631400 14 4 39.7 4341500 25 138 4551550 25 141 5561600 25 140 4871600 20 1 43.7 51815000 1 46.7 58916000 1 47.7 5510 1550Al2O31 2.4 5.311 1600 ZrO22 6.412.512- Si3N4- 4.1 5.213-SiC - 9.314.114- PTW S.S.-4859.7塊規(guī)表二碳化鎢含量燒 結燒結 硬度(Hmv) 抗折 破裂韌性試片號 溫度 時間強度(vol％) (℃) (hr)(GPa) (MPa)(MPa·m0.5)114 1400 2 18.17 8045.2214 1400 4 19.78 8255.5325 1700 1 23.15 8096.8420 1600 1 21.86 8836.8525 1550 1 21.22 8747.0625 1600 1 22.66 8597.270 1500 1 18.57 5744.580 1600 1 19.41 5264.權利要求
1.一種碳化鎢(WC)與碳化鉻(Cr3C2)的組合物，包含碳化鉻基材及0％-35％體積百分比的碳化鎢。
2.如權利要求1所述的組合物，其中碳化鎢的體積百分比為5-30之間。
3.一種復合陶瓷塊規(guī)的制法，包括在碳化鉻基材粉體中加入體積百分比0-35的碳化鎢粉末并予充分混合；在所得的粉體中加入離子水，并子混合成為均質的漿料；將所得的漿料去水干燥，加壓成型；將成型的固態(tài)組合物作熱壓處理，使之燒結；及將所得的組合物研磨至所需的尺寸。
4.如權利要求3所述的方法，其中碳化鎢的起始體積百分比為5-30。
5.如權利要求3或4所述的方法，其中碳化鉻(Cr3C2)基材的起始粉體的粒徑在0.3-10.0μm間；而碳化鎢(WC)強化相的起始粉體的粒徑則在0.1-15.0μm間。
6.一種復合陶瓷基塊規(guī)，其中包含碳化鉻基材及體積百分比為0-35的碳化鎢強化相。
7.如權利要求6所述的塊規(guī)，其中碳化鎢強化相的增加量為5-30體積百分比。
全文摘要
一種全新的陶瓷基復合材料塊規(guī)及其制作方法。此種復合陶瓷塊規(guī)是在碳化鉻基體內，添加顆粒狀的碳化鎢強化相，經(jīng)熱壓法燒結而形成其本體材料，再經(jīng)研磨而制成塊規(guī)。這種復合陶瓷塊規(guī)比一般常用的金屬質塊規(guī)具有較優(yōu)良的抗氧化及耐腐蝕等特性；較之陶瓷塊規(guī)而言，更具有高反光度的優(yōu)點，可應用現(xiàn)有的光干涉技術，作為校正工具。
文檔編號G01B3/30GK1148159SQ9511822
公開日1997年4月23日 申請日期1995年10月13日 優(yōu)先權日1995年10月13日
發(fā)明者賴中平, 傅承祖, 段寶瑞, 栗愛綱, 葛凱莉 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院